Substrati energetici
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Substrati energetici dei tessuti insulino-dipendenti

Substrati energetici dei tessuti insulino-dipendenti

Nonostante i tessuti insulino-dipendenti siano dipendenti dall'insulina per captare glucosio, essi non sono strettamente glucosio-dipendenti (senza contare la captazione basale minima), ciò significa che sono in grado di ridurre drasticamente l'utilizzazione del glucosio per la loro attività biologica, compensandola con un aumento dell'ossidazione di lipidi. Questo evento è indotto dal decremento dell'insulina plasmatica a causa della ridotta presenza di glucosio. Il substrato energetico potenzialmente prevalente in questi tessuti è rappresentato più precisamente da acidi grassi liberi o non esterificati (FFA o NEFA), cioè non legati. Per i tessuti insulino-sensibili, quali tessuto muscolare scheletrico, cardiaco, e adiposo, l'utilizzazione basale di glucosio è anzi molto più bassa: essi utilizzano in condizioni normali appena 35-40 grammi di glucosio al giorno, mentre ulteriori necessità energetiche vengono coperte in prevalenza dai grassi. In condizioni di riposo e carenza di glucidi, il muscolo scheletrico e cardiaco possono arrivare ad utilizzare per l'80 % lipidi a scopo energetico. Questi ultimi apparati, assieme al fegato, rimangono infatti i principali utilizzatori di lipidi come fonte energetica. Questo avviene soprattutto in casi di bassa disponibilità di glucosio dall'esterno (come nel digiuno), dove gli apparati insulino-dipendenti, anche a causa dell'assenza di insulina, sono costretti a subire una ridotta captazione di glucosio proveniente dalla degradazione degli glicogeno epatico, e dalla sua conversione da parte di altri substrati tramite processi di gluconeogenesi, per permettere la sua assunzione da parte dei tessuti glucosio-dipendenti, che necessitano di glucosio per sopravvivere, e che quindi hanno assoluta priorità.

Muscolo scheletrico e cardiaco

Nel periodo post-prandiale in cui è compresa una quota glucidica, l'innalzamento dei livelli di insulina (insulinemia) determina un aumento della traslocazione dei GLUT-4, aumento dell'utilizzazione di glucosio da parte del muscolo (glicolisi), e il fenomeno di stoccaggio delle riserve di glicogeno (glicogenosintesi) tramite l'attivazione dell'enzima glicogeno-sintasi. In questi casi il muscolo esprime una preferenza per l'utilizzo di glucosio al posto degli acidi grassi all'interno dei processi aerobici, intensificando la glicolisi. Tuttavia, a differenza del fegato, il muscolo degrada il glicogeno a glucosio solo per uso endogeno, cioè non ha la capacità di rilasciarlo nel circolo ematico rendendolo disponibile per altri tessuti. Inoltre solo nel muscolo il glucosio può essere ossidato anche in assenza di ossigeno (O2) (glicolisi anaerobica), causando la produzione del metabolita acido lattico/lattato. Nello specifico, tra i tipi di fibra del muscolo scheletrico, le fibre di tipo I, dalle maggiori capacità aerobiche, presentano una maggiore distribuzione di GLUT-4 e quindi sono maggiormente sensibili all'insulina, rispetto alle fibre di tipo II. In aggiunta, l'incremento dell'insulina in risposta all'ingestione di carboidrati causa ipoaminoacidemia (bassa concentrazione di amminoacidi nel plasma) a causa della sua azione anabolica, e promuove la conservazione delle proteine e gli amminoacidi nel muscolo riducendo o inibendo la proteolisi e l'eventuale ossidazione degli amminoacidi.

Nel caso di digiuno, i livelli di glucosio ematico subiscono un decremento accompagnato ad una riduzione dei livelli di insulina, favorendo l'incremento di glucagone, ormone incaricato di mantenere stabile la glicemia in carenza di glucosio, prevalentemente tramite i processi di utilizzo del glicogeno epatico (glicogenolisi epatica) e degli acidi grassi liberi (FFA) e trigliceridi derivanti dal tessuto adiposo. Questo decremento dell'insulina determina una minore captazione di glucosio da parte del muscolo scheletrico e cardiaco ed un loro maggiore utilizzo di lipidi come substrato energetico. Ciò è dato dal fatto che le membrane del muscolo scheletrico e cardiaco a riposo sono poco permeabili al glucosio (captazione basale da parte dei GLUT-1), tranne appunto in presenza di insulina (attivazione dei GLUT-4). Altri ormoni iperglicemizzanti (controinsulari) intervengono successivamente a supporto del glucagone per mantenere stabile la glicemia, ovvero catecolamine (adrenalina, noradrenalina), cortisolo, e ormone della crescita (GH), i quali stimolano in maniera differenziata i processi catabolici di lipolisi, glicogenolisi, gluconeogenesi e proteolisi.

Durante il digiuno prolungato, la disgregazione delle proteine muscolari subisce una decremento come substrato glucogenetico entro circa due giorni, mentre la maggior parte dell'energia è ottenuta dall'utilizzo degli acidi grassi liberi e corpi chetonici, entrambi derivanti dal tessuto adiposo. In queste condizioni, il muscolo scheletrico e il cuore, assieme al fegato, utilizzano sempre più lipidi a scopo energetico, in modo da far risparmiare glucosio e corpi chetonici, che possono essere utilizzati dai tessuti glucosio-dipendenti (il cervello, pur appartenendo a quest'ultimo gruppo, in tali condizioni utilizza prevalentemente corpi chetonici). Muscolo scheletrico, cuore, e fegato sono i principali organi in grado di ossidare prevalentemente i lipidi a scopo energetico

Tessuto adiposo

Il tessuto adiposo copre un ruolo minore nel metabolismo del glucosio rispetto a fegato e muscolo, ed inoltre non ha la capacità di produrre o rilasciare glucosio[, ma solo i substrati alternativi quali acidi grassi, glicerolo, poi convertito a glucosio per gluconeogenesi, e indirettamente corpi chetonici per chetogenesi. Nel periodo post-prandiale con introduzione di glucidi, l'incremento dell'insulina da essi stimolata promuove l'utilizzo di glucosio per via glicolitica con produzione di glicerolo e sintesi di trigliceridi, inoltre sopprime la mobilizzazione degli acidi grassi liberi (FFA o NEFA) e glicerolo derivanti dal tessuto adiposo tramite l'inibizione della lipolisi e la loro riesterificazione all'interno del tessuto adiposo sotto forma di trigliceridi. L'accumulo di trigliceridi è anche favorito dall'inibizione dell'insulina verso l'enzima lipasi ormono-sensibile (HSL). In sostanza, l'insulina stimolata da glucidi, inibendo la lipasi ormono-sensibile, impedisce la lipolisi (il catabolismo lipidico) ma anzi favorisce la lipogenesi (l'accumulo di grasso). I trigliceridi vengono sintetizzati dall'esterificazione del alfa-glicerolo fosfato con gli acidi grassi liberi. Questi ultimi derivano soprattutto dalla digestione dei lipidi introdotti con la dieta, ma possono essere sintetizzati anche dall'acetil-CoA prodotto dall'ossidazione del glucosio. I carboidrati introdotti possono essere quindi convertiti in grassi nel fegato e trasferiti nel tessuto adiposo, per essere immagazzinati. L'aumento dell'apporto di carboidrati indirizza il metabolismo dei grassi verso il deposito. Tra le varie tipologie di tessuto adiposo, quello viscerale è più sensibile alla captazione di glucosio rispetto al grasso sottocutaneo per via di una maggiore distribuzione dei trasportatori di glucosio GLUT-4.

Nei casi di digiuno prolungato, dove i livelli di insulina sono praticamente assenti (o per meglio dire, molto bassi), lo stress causato da questa condizione causa una elevata produzione di ormoni catabolici come glucagone, adrenalina, GH, cortisolo, capaci di attivare l'enzima lipasi ormono-sensibile (HSL), il principale enzima responsabile della degradazione dei trigliceridi in acidi grassi e glicerolo (lipolisi). Gli acidi grassi in questo caso fungono da combustibile per la formazione di corpi chetonici da parte del fegato, ma vengono usati come principale combustibile energetico per la maggior parte dei tessuti corporei (tessuti glucosio-dipendenti esclusi), tra cui principalmente muscolo, cuore, e lo stesso fegato. Il glicerolo invece risulta come l'unica fonte di carbonio come substrato glucogenetico proveniente dal tessuto adiposo.